姚家?guī)X銅鉛鋅礦三維地質(zhì)建模及控礦構(gòu)造分析

劉 樂(lè)， 宋傳中， 任升蓮， 宮 龍， 黃 鵬

（合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

1 區(qū)域地質(zhì)背景

姚家?guī)X銅鉛鋅礦位于安徽省南陵縣境內(nèi)，長(zhǎng)江中下游成礦帶銅陵礦集區(qū)的最東端，其大地構(gòu)造位置處在銅陵隆起、繁昌盆地與青山推覆構(gòu)造的交匯處，如圖1所示［1］。

區(qū)域內(nèi)出露的最老地層為志留系，除缺失中、下泥盆統(tǒng)外，從志留系至第四系層序齊全，發(fā)育較完整。燕山期的石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖等中酸性侵入巖與成礦關(guān)系密切。該區(qū)域的構(gòu)造演化經(jīng)歷了3個(gè)階段，分別是前震旦紀(jì)基底發(fā)育階段，在本區(qū)并未出露；震旦紀(jì)—早三疊世蓋層沉積階段，在該階段所形成的各類沉積巖層，對(duì)后生的與構(gòu)造巖漿活動(dòng)密切相關(guān)的銅、鐵、硫、金（多金屬）內(nèi)生成礦作用的發(fā)育和演化產(chǎn)生重要影響，并提供了成礦場(chǎng)所；中晚三疊世—新生代板內(nèi)變形階段，在此過(guò)程中揚(yáng)子板塊與華北板塊碰撞拼貼，蓋層普遍褶皺，斷裂極為發(fā)育，巖漿活動(dòng)頻繁［2］，對(duì)本區(qū)域的構(gòu)造－巖漿－成礦作用具有重要意義。

圖1 銅陵地區(qū)巖漿分布圖

印支運(yùn)動(dòng)和燕山運(yùn)動(dòng)使得該區(qū)域的沉積蓋層發(fā)生褶皺變形。印支期，蓋層形成了一系列的NE向“S”型褶皺，并伴有斷裂坳陷，對(duì)巖漿的就位以及礦化分布有重要的控制作用。燕山期，產(chǎn)生了一系列規(guī)模較小的近東西向、北北東向、近南北向和北西向構(gòu)造疊加于北東向褶皺帶上，使北東向褶皺的樞紐部位，地層間結(jié)合較弱的界面上易產(chǎn)生虛脫，成為有利的礦化空間［3－7］。整個(gè)銅陵礦集區(qū)在銅陵—南陵基底深大斷裂的控制下，以北東向褶皺構(gòu)造為主的構(gòu)造復(fù)合疊加的結(jié)點(diǎn)上，自西向東分布著銅官山、獅子山、鳳凰山、姚家?guī)X、張家沖礦田等，而這種“結(jié)點(diǎn)成礦”的規(guī)律特征，成為銅陵礦集區(qū)最重要的控礦構(gòu)造［8－10］。

2 礦床地質(zhì)特征

姚家?guī)X礦區(qū)出露的地層主要有志留系上統(tǒng)茅山組，泥盆系上統(tǒng)五通組，石炭系中統(tǒng)黃龍組、上統(tǒng)船山組，二疊系棲霞組，三疊系下統(tǒng)殷坑組、和龍山組以及白堊系蝌蚪山組。礦區(qū)內(nèi)的主要褶皺構(gòu)造為戴公山背斜，該背斜長(zhǎng)約20km，軸向50°～60°，軸面傾向SE，傾角55°左右。褶皺核部地層為志留系高家邊組、墳頭組、茅山組，北西翼地層從泥盆系上統(tǒng)五通組至三疊系下統(tǒng)南陵湖組出露齊全，地層倒轉(zhuǎn)，傾向SE，傾角30～50°；南東翼地層因斷陷零星出露，層序正常，傾向南東，傾角40°～60°左右。背斜軸跡在區(qū)內(nèi)變化較大，由北東向轉(zhuǎn)為近南北向。區(qū)內(nèi)主要斷層以北東向?yàn)橹?。礦區(qū)內(nèi)地層、巖體強(qiáng)烈破碎，角礫巖廣泛發(fā)育［11］。

區(qū)內(nèi)巖漿巖有沙灘角花崗閃長(zhǎng)巖、小青塘和青山花崗閃長(zhǎng)斑巖以及花崗斑巖脈，如圖2所示［11］。其中小青塘花崗閃長(zhǎng)斑巖巖體與成礦關(guān)系密切，分布在礦區(qū)的中部，與沙灘角巖株相鄰，中間被一條近南北向花崗斑巖巖墻所隔。該巖體呈東西向延伸，地表平面形態(tài)為向南略突出的“月牙狀”。巖體侵入于戴公山背斜北東傾伏端之北西翼地層中，巖體接觸帶北側(cè)緩、南緣陡并超覆在棲霞灰?guī)r之上，巖體蝕變強(qiáng)烈，并普遍發(fā)育角礫狀構(gòu)造，角礫成分復(fù)雜，除斑巖角礫外，還卷入大量灰?guī)r、硅質(zhì)巖和碎屑巖角礫［12］。

圖2 姚家?guī)X銅鉛鋅礦地質(zhì)圖

3 三維地質(zhì)建模

使用Surpac軟件對(duì)姚家?guī)X銅鉛鋅礦進(jìn)行三維地質(zhì)建模，Surpac軟件是由澳大利亞SSI（Surpac Software International Pty Ltd）公司開(kāi)發(fā)的在礦業(yè)領(lǐng)域內(nèi)具有國(guó)際領(lǐng)先水平的大型數(shù)字化礦山工程軟件［13］。Surpac所具有的三維可視化模塊可以使礦區(qū)的地質(zhì)特征以三維形態(tài)形象直觀地展現(xiàn)，便于研究者對(duì)其礦體、地層、斷層等地質(zhì)要素的相互關(guān)系進(jìn)行研究，從而總結(jié)出其構(gòu)造特征及控礦規(guī)律［14－15］。

本次研究所收集的勘探資料包括：地形地質(zhì)圖、8條勘探線剖面圖以及45個(gè)鉆孔資料。

3.1 地表與鉆孔模型、地層模型

通過(guò)提取姚家?guī)X礦地形地質(zhì)圖中的等高線、三維轉(zhuǎn)換建立姚家?guī)X地區(qū)的地形特征，可以看出南西向地勢(shì)較高，最高處300m左右，北部和東部地勢(shì)較低，最低處45m左右，共分布有8條北東—南西向展布的勘探線以及45個(gè)鉆孔，如圖3所示。

姚家?guī)X礦鉆孔所揭露的地層主要有：石炭系中上統(tǒng)、二疊系棲霞組、三疊系和龍山組以及白堊系蝌蚪山組。

圖3 姚家?guī)X銅鉛鋅礦地形及鉆孔分布圖

根據(jù)勘探線剖面圖中的地層分布情況，將其進(jìn)行三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，建立姚家?guī)X礦深部三維空間的地層形態(tài)，如圖4所示。石炭系和棲霞組地層受到構(gòu)造應(yīng)力的擠壓形成向斜，其向斜樞紐走向近東西，并呈波狀起伏；三疊系地層由東向西逆沖推覆到白堊系地層之上。

由于二疊系棲霞組地層在本區(qū)大面積分布且延伸較連續(xù)，同時(shí)也是最主要的賦礦層位，故以二疊系地層形態(tài)特征為例，分析本區(qū)所受的構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)。二疊系棲霞組灰?guī)r的形態(tài)呈向斜展布，該向斜的長(zhǎng)度約1702m，寬度約645m，最高點(diǎn)為－190m，最低點(diǎn)為－959m；向斜的樞紐波浪起伏，總體向東傾伏；向斜總體形態(tài)呈現(xiàn)出西高東低，由西向東將該向斜分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3段，分別對(duì)這3部分的產(chǎn)狀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1所列。二疊系棲霞組地層三維模型如圖5所示。

圖4 姚家?guī)X銅鉛鋅礦床圍巖三維模型

表1 二疊系棲霞組地層褶皺兩翼產(chǎn)狀匯總 （°）

圖5 二疊系棲霞組地層三維模型

根據(jù)地層的三維形態(tài)以及產(chǎn)狀測(cè)量的結(jié)果，認(rèn)為該地層受到了2期構(gòu)造應(yīng)力的作用。第1期應(yīng)力作用的方向?yàn)榻媳毕?，從而形成了近東西向的褶皺，第I、III段兩翼均向北傾斜表明第1期褶皺的南翼發(fā)生了倒轉(zhuǎn)；第2期應(yīng)力作用的方向?yàn)榻鼥|西向，形成了近南北向的褶皺并近垂直地疊加到第1期褶皺之上，從而造成了第1期褶皺樞紐波狀起伏的形態(tài)。

近東西向褶皺軸與近南北向褶皺軸以近90°角度疊加，疊加形式為第1期軸面垂直于第2期皺面，第1期樞紐垂直于第2期樞紐。這種疊加關(guān)系符合中國(guó)東部中新生代構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，即印支晚期特提斯構(gòu)造體制作用下，古特提斯洋關(guān)閉，形成了以秦嶺—大別造山帶為代表的近東西向構(gòu)造，隨后經(jīng)歷了近東西向的古亞洲構(gòu)造體制，燕山期北北東向太平洋構(gòu)造體制以近垂直的方向上疊加到先期近東西向構(gòu)造之上，表明了該地區(qū)的構(gòu)造特征嚴(yán)格受特提斯構(gòu)造體制和太平洋構(gòu)造體制的影響和控制，記錄了2個(gè)構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)換過(guò)程。

3.2 礦體模型

根據(jù)剖面圖所圈定的礦體形態(tài)，對(duì)礦體進(jìn)行三維空間轉(zhuǎn)換，建立鉛鋅礦以及銅礦體的三維形態(tài)，其形態(tài)呈“金勺狀”的特征，如圖6所示。

圖6 姚家?guī)X銅鉛鋅礦體模型

從礦體的空間位置及形態(tài)反應(yīng)出二疊系棲霞組灰?guī)r是主要的賦礦層位，礦體的賦存形態(tài)嚴(yán)格受地層形態(tài)的控制。

姚家?guī)X礦體的“金勺狀”三維模型表現(xiàn)出其受多期構(gòu)造作用的特征，區(qū)內(nèi)中生代以來(lái)的疊加褶皺，使得姚家?guī)X含礦地質(zhì)體整體形態(tài)為近東西向，樞紐呈波狀起伏的向斜構(gòu)造，并且后期疊加樞紐近南北向褶皺，西段為背斜，東段為向斜。

強(qiáng)烈的疊加褶皺導(dǎo)致巖層的破碎，產(chǎn)生大量裂隙，與此同時(shí)常常產(chǎn)生頂厚褶皺，淺表層次的非塑性變形容易在轉(zhuǎn)折端部位產(chǎn)生滑脫構(gòu)造，為成礦熱液的運(yùn)移、就位提供了通道和空間。姚家?guī)X銅鉛鋅礦體的 “金勺狀”形態(tài)，以及在褶皺轉(zhuǎn)折端部位礦體加厚就是在此背景下形成的。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)姚家?guī)X銅鉛鋅礦的深部三維地質(zhì)建模，對(duì)其地層以及礦體的三維賦存形態(tài)進(jìn)行分析，結(jié)果表明控制姚家?guī)X銅鉛鋅礦礦床形成的控礦構(gòu)造明顯受到2期近垂直的構(gòu)造應(yīng)力的疊加改造作用，即印支期形成的近東西向的向斜構(gòu)造與燕山期形成的近南北向的向斜、背斜構(gòu)造的疊加，表現(xiàn)出復(fù)合式構(gòu)造控礦的特征，符合長(zhǎng)江中下游轉(zhuǎn)換構(gòu)造結(jié)內(nèi)具有的結(jié)點(diǎn)成礦規(guī)律。

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